Signaltransduktion

Alle Zellen multizellulärer Lebewesen tauschen innerhalb Lebenszyklus ständig Signale untereinander aus. Durch diesen „Signalaustausch“ können Zellen das gegenseitige Verhalten beeinflussen und so den gesamten Organismus den gegebenen physiologischen Rahmenbedingung anpassen. Bei diesem Transfer werden die unterschiedlichen Botschaften die eine Zelle empfängt spezifisch verarbeitet und  als zellinternes biochemisches Signal an perzeptive Systeme z.B.Enzyme weitergeleitet.

An dieser Signaltransduktion ist oft eine Vielzahl von Enzymen und sekundären Botenstoffen (Second Messenger) beteiligt. Die Gesamtheit aller Signale und Signalwege in einer Zelle wird auch als ihr Signalnetzwerk bezeichnet.

Zu den Botenstoffen gehören:

• Hormone
• Neurotransmitter
• Wachstumsfaktoren

Obwohl eine sehr große Zahl unterschiedlicher Botenstoffe bekannt ist, sind die biochemischen Abläufe der intrazellulären Signalweiterleitung durch sehr ähnliche oder gar identische Übertragungskaskaden gekennzeichnet. So bindet der Botenstoff (Ligand)unabhängig von einer molekularen Beschaffenheit an einen Rezeptor seiner Zielzelle. Dieser erkennt das Signalmolekül und geht mit diesem eine hochspezifische, nichtkovalente Wechselwirkung ein. Die Bindung zwischen Ligand und Rezeptor zeichnen sich durch eine sehr große Affinität aus, sodass die meisten Signalmoleküle schon in sehr geringen Konzentrationen wirksam sind. Die Wechselwirkung von Ligand und Rezeptor löst in der Zelle eine Kaskade molekularer Veränderungen aus. Am Ende steht die spezifische Antwort der Zelle auf die erhaltene Information.

An der Zielzelle können Rezeptoren an unterschiedlicher Stelle lokalisiert sein: in der Zellmembran (transmembranäre Rezeptoren) oder intrazellulär. So sind z.B.  Steroidhormone, Schilddrüsenhormone, Vitamin D und Retinoide derart lipophil, dass sie Zellmembranen durchdringen können. Sie können damit an intrazelluläre Rezeptoren andocken, die im Zytosol an aktivierende Proteine gebunden vorliegen. Das Andocken des Agonisten an seien Rezeptor führt zunächst zur Ablösung inaktivierender Proteine. Der Agonist-Rezeptor-Komplex dockt dann an einen anderen Agonist-Rezeptor-Komplex an und gelangt als Dimer in den Zellkern. Dort bindet dieser Komplex an spezifische DNA-Sequenzen und fördert bzw. hemmt die Transkription bestimmter Zielgene.    

Rezeptor-ähnliche Proteine:  Dieser Begriff umfasst zelluläre Proteine, die nicht die Wirkungen von Transmittern, Hormone oder Zytokinen vermitteln, sondern andere Aufgaben in der Zelle haben. Zu ihnen gehören:

• Enzyme (Na+, K+ oder ATPasen)
• Transporter (z.B. die neuronalen Noradrenalin- oder Serotonin-Transporter, die durch bestimmte Antidepressiva blockiert werden)
• Zelluläre Strukturproteine (z.B. Mikrotubili die durch Vinca-Alkaloide oder Taxane blockiert werden)

Der häufigste Rezezptortyp ist jedoch membrandurchsetzend in der Zellmembran lokalisiert. Die Zellmembranrezeptoren binden über ihre extrazelluläre Domäne an ihren Liganden und leiten die Information über ihre intrazelluläre Domäne in das Innere der Zelle weiter. Derartige transmembranäre Rezeptoren werden durch Botenstoffe genutzt (z.B. solche mit Peptidstruktur) die eine lipophile Zellmembran nicht durchdringen können.  Die zellmembranständigen Rezeptoren lassen sich in vier Gruppen einteilen (s.u. Rezeptoren):

• G-Protein-gekoppelte Rezeptoren
• Ionenkanal-Rezeptoren 
• Enzymrezeptoren
• Rezeptoren mit assoziierter Tyrosinkinase

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